無(wú)網(wǎng)格dem構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)地研究論文

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1、摘要數(shù)字高程模型(DigitalElevationModel，DEM)是局部地形的數(shù)字化表達(dá)，通過(guò)離散分布于平面上的高程點(diǎn)來(lái)模擬連續(xù)分布的地形表面。它是GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)中賴以進(jìn)行地學(xué)模擬和分析最為重要的基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)。數(shù)字地形分析(DigitalTerrainAnalysis，DTA)是基于數(shù)字高程模型進(jìn)行地形屬性計(jì)算、特征提取的地形信息處理技術(shù)。數(shù)字高程模型以及數(shù)字地形分析的結(jié)果為各種地學(xué)模型提供地形相關(guān)的參數(shù)并輔助地學(xué)模型的建立。通過(guò)數(shù)字高程模型實(shí)現(xiàn)了地形表面特征的描述、分析和信息提取，這些內(nèi)容是地球科學(xué)研究的基礎(chǔ)資料和基本信息源。雖

2、然數(shù)字高程模型在地學(xué)分析中具有重要地位，但是對(duì)GIS與地學(xué)分析模型集成的深入研究發(fā)現(xiàn)，GIS柵格數(shù)據(jù)的網(wǎng)格與地學(xué)分析模型的網(wǎng)格常常不一致，形成了地學(xué)分析中的網(wǎng)格化問題。隨著網(wǎng)格而產(chǎn)生的尺度問題也逐漸顯現(xiàn)，最具代表性的為生態(tài)學(xué)中的可塑性面積單元問題。無(wú)網(wǎng)格法是在建立整個(gè)問題域的模型時(shí)，不需利用預(yù)定義的網(wǎng)格信息進(jìn)行域離散的方法。其近似函數(shù)基于節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，在解決特大變形、動(dòng)態(tài)不連續(xù)性問題方面具有優(yōu)勢(shì)。該方法具有較高的靈活性，在計(jì)算過(guò)程中可以任意添加刪除節(jié)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)分析，且計(jì)算精度高。無(wú)網(wǎng)格法的出現(xiàn)為地學(xué)分析提供了新的思路?；跓o(wú)網(wǎng)格法的

3、地形表達(dá)方式和地形分析方法成為解決網(wǎng)格化問題的基礎(chǔ)，為進(jìn)一步將無(wú)網(wǎng)格法應(yīng)用于地學(xué)分析模型提供了可能。本研究將無(wú)網(wǎng)格法引入DEM構(gòu)建并將其應(yīng)用于地形分析，主要研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下：1．對(duì)無(wú)網(wǎng)格法及其近似函數(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了較為系統(tǒng)的回顧和剖析，研究了無(wú)網(wǎng)格法近似函數(shù)構(gòu)建方法的特性，分析了它們對(duì)表達(dá)地形的適宜性。2．提出了支撐域大小的自適應(yīng)確定方法。研究了無(wú)網(wǎng)格法中現(xiàn)有支撐域確定方法，以及DEM構(gòu)建中鄰域確定方法的優(yōu)缺點(diǎn)，分析了支撐域大小的變化對(duì)計(jì)算結(jié)果精度的影響，在此基礎(chǔ)上提出了本文自適應(yīng)確定支撐域大小的方法。3．將無(wú)網(wǎng)格法中處理不連續(xù)線的

4、方法用于DEM構(gòu)建時(shí)斷線的處理。分析了地表斷線的不同特性，根據(jù)性質(zhì)對(duì)斷線分類。研究了無(wú)網(wǎng)格法中處理不連續(xù)線的三種規(guī)則，即可視規(guī)則，衍射規(guī)則，透明衰減規(guī)則。在此基礎(chǔ)上給出了處理不同斷線的方法。4．給出了基于無(wú)網(wǎng)格法的DEM構(gòu)建流程。研究了散點(diǎn)數(shù)據(jù)的索引構(gòu)建方法，無(wú)網(wǎng)格法中形函數(shù)構(gòu)建方法，以及導(dǎo)數(shù)求解方法，并在前面研究的基礎(chǔ)上，給出了無(wú)網(wǎng)格法構(gòu)建DEM的主要流程和數(shù)據(jù)組織方案。摘要5．研究了基于無(wú)網(wǎng)格法進(jìn)行地形因子與流域網(wǎng)絡(luò)的提取。根據(jù)無(wú)網(wǎng)格法中導(dǎo)數(shù)求解方法和現(xiàn)有坡度坡向求解公式，給出了各點(diǎn)坡度坡向的計(jì)算方法。研究微分幾何中主曲率與主方向的

5、求解方法，以及地形中匯水線的數(shù)學(xué)性質(zhì)，給出了提取匯水線上特征點(diǎn)的方法。研究將提取的特征點(diǎn)連接成為匯水線網(wǎng)絡(luò)的方法。本研究通過(guò)無(wú)網(wǎng)格法構(gòu)建一種靈活可變的散點(diǎn)結(jié)構(gòu)的DEM，采用曲面模型的地形表達(dá)方法。解決了網(wǎng)格所帶來(lái)的限制，為無(wú)網(wǎng)格法應(yīng)用于地學(xué)模型提供了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：數(shù)字高程模型無(wú)網(wǎng)格法重構(gòu)核近似支撐域斷線形函數(shù)ⅡAbstraetAbstractAsoneofthemostimportantfundamentalgeographicdatainGIS，DEM(DigitalElevationModel)isthedigitalexpress

6、ionoflocalrelief,whichusesscatteredpointstosimulatecontinuoustopographicalsurface．DTA(DigitalTerrainAnalysis)istopographicinformationprocessingtechnologywhichisusedtocalculatetopographicattributesandextractfeaturesbasedonDEM．DEMandtheresultsfromDTAprovidetopographicparam

7、etersforvariousgeographymodels．TerrainfeaturesCallbedepicted，analyzedandextractedthroughDEM，andthesearethefundamentalmaterialsandbasicinformationforearthscience．AlthoughDEMplaysanimportantrole，、jl，itllmorefocusonGISandgee-scienceanalysis，GridGISdatausuallyrepresentsincon

8、sistent塒mgeographymodels，whichresultsingridproblemsandalsoscaleeffect．ThemostrepresentativeproblemisMAU